一种基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂的应用。主要以纳米羟基磷灰石为中心物质，采用黑曲霉菌丝包裹纳米羟基磷灰石，制成铅污染土壤修复固定剂，以解决粉体材料在实际应用中过于分散的问题。将合成的产物按一定比例与土壤混合均匀，经7天固定后，土壤中有效态铅降低42.8-48.6％。本发明专利技术所述的固定剂，制备过程简单，成本低廉，高效无毒害，可生物降解，无二次污染，是一种环境友好型固定剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微纳材料组装与铅污染土壤修复结合的
，具体涉及一种适用于铅污染土壤修复的固定剂产品的应用方法。
技术介绍
铅是重金属污染土壤中分布较广、具强蓄积性的环境污染物。多年来，尽管人们对三废(废气、废水、废渣)的排放已采取严格的控制措施，然而，由于频繁的人类活动，随着矿山开采、金属冶炼加工、IT制造、生活污水排放、污水灌溉、污泥使用以及含铅汽油的使用，铅已成为土壤污染的主要元素之一。进入土壤中的铅大多存在于表土层，几乎不向下移动。铅在土壤中易与有机物结合，极不易溶解。过量的铅会阻滞作物生长发育，主要表现为叶绿素下降，阻碍植物的呼吸及光合作用，从而降低产量和质量。铅具有强累积性，通过食物链的富集，人体中的铅能与多种酶结合从而干扰有机体多方面的生理活动，严重损害人的神经、消化、免疫和生殖系统，对人类健康造成威胁。我国各个地区均有不同程度的铅污染现象，铅中毒事件也频频发生。土壤铅污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，已经受到广泛关注，铅污染土壤的高效修复技术一直是研究的热点与难点。目前，铅污染土壤的修复技术大体可分为两类：物理化学修复技术和生物修复技术。物理化学修复又可分为客土深耕法、隔离法、淋滤法、固化稳定法、电化学法、螯合剂法及重金属拮抗法等。生物修复有微生物修复法和植物修复法。每种修复技术都有其优缺点。比如客土深耕法会耗费大量的人力、物力和财力，修复成本高，换下来的表层土存在二次污染的环境风险；淋滤法容易破坏土壤结构，还需考虑淋滤液的处理处置问题；固化稳定化法适用于轻度污染土壤的治理，治理费用和效果相对较好，但不能彻底去除土壤中的铅，处理效果只是暂时的。生物修复法操作简便，对土壤无害，也无二次污染，但修复周期长，也不适用于高浓度污染土壤。因此，亟需开发一种固定效果好、持效性强、对土壤理化性质影响较小的修复剂。有文献报道，由于纳米羟基磷灰石独特的晶体结构，使其具有离子交换能力和表面吸附能力，这样土壤中生物活性高的可交换态会被吸附在纳米羟基磷灰石晶体结构中或晶体表面，转化为生物活性较低的残渣态，从而达到钝化修复的目的。分散在土壤中的纳米羟基磷灰石可快速与污染物碰撞并实现固定，然而，此优点也正是超细粉体材料的缺点。纳米级羟基磷灰石粉体在大规模使用中一经分散，容易随水流走，造成水体富营养化。这不仅导致物料损失，增加成本，而且会引入二次污染，不利于其实际应用。组装是解决超细粉体材料实际应用的一项可行技术，通过一定形式将纳米基元组合成宏观尺寸体系，以求在宏观世界展示纳米尺度的性质。丝状真菌是一种典型的微生物，从形貌结构上分析，丝状真菌具有很高的横纵比，菌丝间高度相互交错；从组成上分析，丝状真菌表面含有胞外聚合物，其主要成分为多糖和蛋白质，具有一定的生物粘性。正是这些特性，使其能够成为纳米粉体材料的负载体，以期开发出清洁高效的土壤修复固定剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂的应用，该固定剂固定修复效果好，成本较低，制备和应用方法简单，不影响土壤理化性质，修复后的土壤可直接用于种植。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂的应用，用于修复铅污染土壤，所述的基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂通过以下方法制备：(1)采用培养基活化及扩大培养丝状真菌，备用；(2)将羟基磷灰石纳米粒子加入液体培养基内分散；(3)纳米粒子和培养基灭菌处理；(4)在超净无菌操作台内，将步骤(1)中已活化和培养的菌丝体接种至步骤(3)的灭菌培养基中；(5)步骤(4)中已接种的培养基振荡培养形成的菌丝球。步骤(1)中所述丝状真菌为一类呈丝状，丛生，具有高横纵比的真菌，包括曲霉和/或青霉。步骤(2)中将羟基磷灰石纳米粒子加入液体培养基内，固液比为0.1-2g：100-200mL，超声分散。所述羟基磷灰石纳米粒子，要求粒径<100nm，纯度＞97％。步骤(2)中所述超声分散为采用功率50-100瓦的超声波震荡0.5-3h。步骤(3)中所述灭菌处理为将含羟基磷灰石纳米粒子的培养基放入至灭菌锅内，设置115℃，灭菌25min；高温高压灭菌后，含羟基磷灰石纳米粒子的培养基放入超净无菌操作台内，开紫外灯灭菌30-90min。步骤(4)中接种比例为纳米羟基磷灰石：液体培养基：菌液＝0.1-2g：100-200mL：0.5-3mL，菌液中菌丝体质量浓度为5.5-6mg/mL。步骤(5)将步骤(4)中已接种的培养基在26-30℃下转速140-180rpm条件下培养2-4天。步骤(5)培养2-4天后，用去离子水润洗形成的菌丝球2-5次后放置在质量浓度2.5-5％的戊二醛内于4℃下保存。所述的应用具体为，铅污染土壤加入所述的固定剂，再加入去离子水，质量比为土壤：固定剂：水＝100:(1-5)：(100-300)，混合均匀，处理时间至少7天。本专利技术具有如下优势：1.本专利技术的组装对象为纳米羟基磷灰石(n-HAP)，因其具有高比表面积、高反应活性和强吸附等特性，在土壤环境污染治理中日益受到重视。尽管n-HAP的修复效果很好，但在大规模实际应用中因其粒径太小，容易随水流走，不仅其修复效果大打折扣，而且造成了二次污染，这严重制约了其在土壤修复中的应用，亟需为其寻找一个理想的载体。本专利技术首次选用丝状真菌菌丝作为负载体。比如黑曲霉是曲霉属真菌中的一个常见种，来源广泛，是公认的丝状真菌研究的模式标本。菌丝生产成本极低，过程清洁可持续，加工无需昂贵的设备，便于大规模处理，另外，黑曲霉菌丝横纵比很高，构成了孔隙通道发达的组织体，利于传质，细胞壁主要由生物大分子构成，性质稳定，其细胞表面可作纳米粒子的附着区域。本专利技术主要应用黑曲霉高横纵比和具有生物粘性等的特性，以黑曲霉菌丝作为负载体，包裹纳米羟基磷灰石，制成土壤修复固定剂，解决其在实际应用中过于分散的问题。2.本专利技术以纳米羟基磷灰石为中心物质，采用黑曲霉菌丝包裹纳米羟基磷灰石，制成铅污染土壤修复固定剂，其特点主要在于固定剂投加进入铅污染土壤后，土壤中的部分铅被真菌菌丝吸附，另一方面，固定剂会缓慢释放出有效成分——n-HAP，n-HAP通过吸附作用可以减小土壤中铅的迁移能力，通过沉淀作用能使可交换态铅、碳酸盐结合态铅和铁锰氧化物结合态铅的含量都有明显降低，而残渣态的含量显著增高，土壤中铅的稳定性增强，降低土壤污染程度。值得注意的是，固定剂内的纳米级羟基磷灰石粉体释放缓慢，释放量不大，不会造成土壤或者水体富营养化的后果。3.本专利技术合成的固定剂，在同等使用纳米材料的前提下，更经济有效。即在同样修复效果的前提下，基于微生物组装合成的固定剂中的纳米材料使用量比单纯施加纳米材料的使用量要少。4.本专利技术合成的固定剂中主要元素组成为钙、磷、碳、氢、氧，这些元素是植物必须的营养元素，因此本专利技术所合成的固定剂应用于铅污染土壤的固定，无毒害，可生物降解，无二次污染，是一种环境友好型固定剂。5.本专利技术所合成的固定剂与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂的应用，其特征在于，用于修复铅污染土壤，所述的基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂通过以下方法制备：(1)采用培养基活化及扩大培养丝状真菌，备用；(2)将羟基磷灰石纳米粒子加入液体培养基内分散；(3)纳米粒子和培养基灭菌处理；(4)在超净无菌操作台内，将步骤(1)中已活化和培养的菌丝体接种至步骤(3)的灭菌培养基中；(5)步骤(4)中已接种的培养基振荡培养形成的菌丝球。

【技术特征摘要】
1.一种基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂的应用，其特征在于，
用于修复铅污染土壤，所述的基于微生物组装合成的铅污染土壤修复固定剂通
过以下方法制备：
(1)采用培养基活化及扩大培养丝状真菌，备用；
(2)将羟基磷灰石纳米粒子加入液体培养基内分散；
(3)纳米粒子和培养基灭菌处理；
(4)在超净无菌操作台内，将步骤(1)中已活化和培养的菌丝体接种至
步骤(3)的灭菌培养基中；
(5)步骤(4)中已接种的培养基振荡培养形成的菌丝球。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(1)中所述丝状真菌
为一类呈丝状，丛生，具有高横纵比的真菌，包括曲霉和/或青霉。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤(2)中将羟基磷灰石
纳米粒子加入液体培养基内，固液比为0.1-2g：100-200mL，超声分散。
4.根据权利要求1或3所述的应用，其特征在于，所述羟基磷灰石纳米粒
子，要求粒径<100nm，纯度＞97％。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，步骤(2)中所述超声分散
为采用功率50-100瓦的超声波震荡0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖骐，粱丽芬，邓宁熙，柴立元，侍维，杨志辉，王海鹰，唐崇俭，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43